亥姆霍茲線圈實(shí)驗(yàn) 測(cè)量載流圓線圈的磁場(chǎng)分布驗(yàn)證矢量迭加原理

ID:654171 · 發(fā)表于 2020-6-9 10:57

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br /> 1.學(xué)習(xí)測(cè)量載流圓線圈的磁場(chǎng)分布。
2.了解亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)分布的特點(diǎn)。
3.驗(yàn)證矢量迭加原理。

實(shí)驗(yàn)儀器
名稱
型號(hào)
三維亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀
FB520型

實(shí)驗(yàn)原理（注意：原理圖、測(cè)試公式）

1．載流圓線圈與亥姆霍茲線圈的磁場(chǎng)

（1）載流圓線圈磁場(chǎng)

根據(jù)畢奧-薩伐爾定律半徑為

，通以直流電流

的圓線圈，其軸線上離原線圈中心距離為

米處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的表達(dá)式為:

圖一是單峰關(guān)于Y軸對(duì)稱的曲線，兩個(gè)完全相同的圓線圈彼此平行且共軸，通以同方向電流

，線圈間距等于線圈半徑(即

)時(shí)，從磁感應(yīng)強(qiáng)度分布曲線可以看出兩線圈圓心連線，

較大范圍內(nèi)是均勻的，這樣一對(duì)線圈為亥姆霍茲線圈。如圖2所示。從分布曲線可以看出，在兩線圈中心連線一段均勻磁場(chǎng)。

根據(jù)霍爾效應(yīng)知道，霍爾探頭放入磁場(chǎng)中時(shí)，運(yùn)動(dòng)電荷受到洛倫茲力作用，電流方向會(huì)發(fā)生偏離，產(chǎn)生電勢(shì)差，由電勢(shì)差的大小就可以測(cè)量磁場(chǎng)的大小。當(dāng)亥姆霍茲線圈兩線圈通有方向一致的電流時(shí)，兩線圈形成磁場(chǎng)方向也一致，兩線圈之間形成均勻磁場(chǎng)，當(dāng)然兩線圈通上相反方向電流，則其間的磁場(chǎng)可以互相抵消為零。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟
用連接線將磁電流輸出端連接到圓線圈1，霍爾傳感器探頭的信號(hào)線連接到測(cè)試架的四芯插座。
開機(jī)，在線圈磁場(chǎng)強(qiáng)度等于零的條件下，把特斯拉計(jì)調(diào)零，這樣就校準(zhǔn)好了。
調(diào)節(jié)電流500mA，把開關(guān)調(diào)到零，調(diào)節(jié)電壓為0零，把開關(guān)調(diào)到正極，移動(dòng)X方向?qū)к壔瑝K，以10mm為間隔距離測(cè)量單個(gè)線圈通電時(shí)軸線15到-15各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，將數(shù)據(jù)記錄。
把開關(guān)調(diào)到零，調(diào)節(jié)電壓為零，再把開關(guān)調(diào)到負(fù)極，測(cè)量單個(gè)線圈的通電時(shí)軸線15到-15各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。
同上串聯(lián)接入，測(cè)量出總的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理、誤差分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)論
1.載流原線圈中的磁場(chǎng)最大，越往兩側(cè)的磁場(chǎng)越小。亥姆霍茲線圈的兩個(gè)線圈中的是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，越往兩側(cè)磁場(chǎng)越小。亥姆霍茲磁場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)值與理論值都很小。
2.誤差范圍在2.78%到-0.26%之內(nèi)，因?yàn)檎`差很小，所以證明了疊加原理是成立的。
3.空間中有磁場(chǎng)，受自身的電阻線路的影響。
實(shí)驗(yàn)思考與建議
如果亥姆霍茲線圈的兩個(gè)圓線圈通以相反的電流，其磁場(chǎng)分布又將如何？
1.亥姆霍茲線圈由于特殊的幾何結(jié)構(gòu)（間距等于半徑），中心處近乎均勻磁場(chǎng)若電流反向，中心處磁場(chǎng)為零，且不再均勻。

附錄：